Žarenje je proces toplinske obrade u kojem se metal ili legura zagrijava na odgovarajuću temperaturu, drži na toj temperaturi određeni period, a zatim se polako hladi, obično u peći. Suština žarenja je zagrijavanje čelika kako bi se austenitizirao, nakon čega slijedi perlitna transformacija, što rezultira mikrostrukturom blizu ravnoteže.
Ciljevi žarenja:
Smanjite tvrdoću i povećajte plastičnost:To čini materijal lakšim za mašinsku i hladnu obradu.
Homogenizirajte sastav i strukturu:Ovo poboljšava veličinu zrna i poboljšava svojstva materijala ili priprema mikrostrukturu za gašenje.
Oslobodite unutrašnjeg stresa i otvrdnjavanje rada:To pomaže u sprječavanju deformacija i pucanja.
Žarenje i normalizacija se prvenstveno koriste kao pripremni toplinski tretmani. Za dijelove s niskim naprezanjem i skromnim zahtjevima za performansama, žarenje i normalizacija također mogu poslužiti kao završni toplinski tretman.
Klasifikacija metoda žarenja
Uobičajene metode žarenja klasificirane su prema temperaturi zagrijavanja:
Žarenje iznad kritične temperature (Ac1 ili Ac3):Ovo uključuje potpuno žarenje, difuzijsko žarenje, nepotpuno žarenje i sferoidizirajuće žarenje.
Žarenje ispod kritične temperature (Ac1 ili Ac3):To uključuje rekristalizacijsko žarenje i žarenje za ublažavanje naprezanja.
Sedam vrsta metoda žarenja
Potpuno žarenje:
Proces:Čelik se zagrijava na 20-30 stepen iznad Ac3, održava na toj temperaturi, a zatim se polako hladi (obično u peći) da bi se postigla mikrostruktura bliska ravnotežnoj (potpuno austenitizirana).
Prijave:Uglavnom se koristi za hipoeutektoidne čelike (0.3-0.6% C), uključujući srednje ugljične čelike i odljevke, otkovke i vruće valjane profile od nisko do srednje legiranih čelika. Ponekad se koristi i za varenje. Niskougljični čelici, nakon potpunog žarenja, mogu imati prenisku tvrdoću za strojnu obradu. Zagrijavanje hipereutektoidnih čelika iznad Accm i polagano hlađenje može uzrokovati taloženje Fe3CII duž granica zrna, značajno smanjujući čvrstoću, tvrdoću, plastičnost i žilavost, što bi moglo dovesti do potencijalnih problema u konačnoj toplinskoj obradi.
svrha:Za pročišćavanje veličine zrna, homogenizaciju strukture, ublažavanje unutrašnjeg naprezanja, smanjenje tvrdoće i poboljšanje obradivosti. Mikrostruktura nakon potpunog žarenja za hipoeutektoidni čelik je ferit plus perlit (F+P). U praksi, da bi se poboljšala produktivnost, hlađenje se može zaustaviti na oko 500 stepeni, a materijal se može hladiti vazduhom.
Izotermno žarenje:
Proces:Nakon austenitizacije, čelik se brzo hladi do temperature malo ispod Ar1 i drži izotermno dok se austenit ne transformira u perlit, a zatim se hladi zrakom na sobnu temperaturu. Ova metoda značajno smanjuje vrijeme žarenja.
Prijave: Suitable for steels with stable austenite, such as high carbon steels (C > 0.6%), alloy tool steels, and high alloy steels (with total alloy content >10%). Izotermno žarenje je korisno za postizanje ujednačene mikrostrukture i svojstava. Međutim, nije prikladan za čelične komponente velikog presjeka ili velike serije, jer je teško osigurati ujednačene izotermne uvjete u cijelom.
svrha:Slično punom žarenju, ali s više kontroliranim transformacijama.
Nepotpuno žarenje:
Proces:Čelik se zagrijava na temperaturu između Ac1 i Ac3 (za hipoeutektoidne čelike) ili između Ac1 i Accm (za hipereutektoidne čelike), drži se, a zatim polako hladi kako bi se dobila mikrostruktura gotovo ravnotežna.
Prijave:Uglavnom se koristi za hipereutektoidne čelike kako bi se postigla sferoidna perlitna struktura, koja ublažava unutrašnje naprezanje, smanjuje tvrdoću i poboljšava obradivost. Sferoidizirajuće žarenje je oblik nepotpunog žarenja.
Sferoidizirajuće žarenje:
Proces:Čelik se zagrijava na 20-30 stepen iznad Ac1 i drži kratak period, obično 2-4 sati, nakon čega slijedi hlađenje peći ili produženo izotermno držanje neposredno ispod Ar1.
Prijave:Prvenstveno za eutektoidne i hipereutektoidne čelike kao što su ugljični alatni čelici, legirani alatni čelici i čelici za ležajeve. Svrha je proizvesti mikrostrukturu u kojoj su karbidi sferoidizirani, što rezultira globularnim perlitom. Ova struktura je mekša i lakša za obradu, a tokom naknadnog gašenja, veličina zrna austenita ostaje fina, smanjujući sklonost deformaciji i pucanju. Ako postoji mreža karbida u hipereutektoidnom čeliku, normalizaciju treba obaviti prije sferoidizacije kako bi se osigurala uspješna sferoidizacija.
svrha:Za smanjenje tvrdoće, homogenizaciju strukture i poboljšanje obradivosti u pripremi za kaljenje. Metode sferoidizirajućeg žarenja uključuju:
Jednostruko sferoidizirajuće žarenje:Zagrijavanje čelika do 20-30 stepena iznad Ac1, zadržavanje odgovarajućeg perioda, zatim lagano hlađenje u peći. Početna struktura bi trebala biti fini perlit, bez prisutnih karbidnih mreža.
Izotermno sferoidizirajuće žarenje:Nakon zagrijavanja i držanja, čelik se hladi na nešto ispod Ar1 radi izotermnog držanja. Kada se završi, čelik se polako hladi na oko 500 stepeni, a zatim se hladi vazduhom. Ova metoda ima prednosti kratkog ciklusa, ujednačene sferoidne strukture i kontrole kvaliteta.
Ciklično sferoidizirajuće žarenje.
Difuzijsko žarenje (Homogenizacijsko žarenje):
Proces:Čelični ingot, odljevak ili kovanje zagrijavaju se na temperaturu malo ispod solidusa i drže se duži period, nakon čega slijedi polagano hlađenje kako bi se eliminirala segregacija hemijskog sastava.
Prijave:Koristi se za visokokvalitetne legirane čelike i odljevke od legiranog čelika ili ingote sa značajnom segregacijom. Nakon difuzijskog žarenja, potrebno je potpuno žarenje ili normaliziranje kako bi se struktura poboljšala.
svrha:Za eliminaciju dendritske segregacije i regionalne segregacije nastale tokom očvršćavanja, postižući ujednačen sastav i strukturu.
Žarenje za ublažavanje stresa:
Proces:Čelik se zagrijava na temperaturu ispod Ac1 (uglavnom 500-650 stepen), drži, a zatim polako hladi u peći.
Prijave:Budući da je temperatura ispod Ac1, ova metoda žarenja ne uzrokuje mikrostrukturne promjene.
svrha:Za uklanjanje preostalih unutrašnjih naprezanja.
Rekristalizacijsko žarenje:
Proces:Također poznato kao srednje žarenje, rekristalizacijsko žarenje uključuje zagrijavanje hladno obrađenog metala na temperaturu iznad temperature rekristalizacije, držanje odgovarajućeg vremena, a zatim polagano hlađenje kako bi se ublažilo stvrdnjavanje i zaostalo naprezanje.
Prijave:Ovaj proces se koristi kada je metal podvrgnut značajnoj hladnoj plastičnoj deformaciji i mora se zagrijati iznad određene temperature da bi se izazvala rekristalizacija. Najniža temperatura na kojoj dolazi do rekristalizacije naziva se minimalna temperatura rekristalizacije, općenito 0,4 puta veća od tačke topljenja materijala.
svrha:Da bi se eliminisalo radno očvršćavanje i zaostalo naprezanje transformacijom deformisanih zrna u jednoosna zrna.
Izbor metoda žarenja
Izbor metode žarenja općenito slijedi ove principe:
Potpuno žarenje:Tipično odabran za hipoeutektoidne čelike. Za skraćeno vrijeme žarenja može se koristiti izotermno žarenje.
Sferoidizirajuće žarenje:Obično se koristi za hipereutektoidne čelike. Ako zahtjevi nisu strogi, može se odabrati nepotpuno žarenje. Čelici za alate i čelici za ležajeve često se podvrgavaju sferoidizirajućem žarenju. Ponekad su nisko ili srednje ugljični čelici za hladno ekstruziju ili hladno kačenje također sferoidizirani.
Rekristalizacijsko žarenje:Odabrano da eliminiše radno kaljenje.
Žarenje za ublažavanje stresa:Odabran za uklanjanje unutrašnjih naprezanja uzrokovanih različitim koracima obrade.
Difuzijsko žarenje:Često se bira za visokokvalitetne legirane čelike i velike odljevke od legiranog čelika radi poboljšanja mikrostrukture i kemijske uniformnosti.
